1。1课题的研究背景及意义

本文主要是研究分析水下气液两相冲压发动机在水面之下工作时，对内流场的数值模拟。水下气液两相冲压发动机是一类特种发动机，主要应用于舰船以及水下航行体之内。水下气液两相冲压发动机与螺旋桨发动机相比，在多个方面都具有优势[1-8]。在结构方面，水下气液两相冲压发动机有一套完整的动力系统。其整个系统是由发动机的主体，生成高压气体的装置，控制系统，储存气体的装置再加上其他辅助装置组成的。该发动机的安装方式一共有两种，其中一种是外悬式，另一种则为内藏式。水下气液两相冲压发动机相比于喷水发动机来说，运行方式并不相同，由于在水中气液两相发动机内部存在的转动部件以及机械传动装置都是偏小类型的，所以在有效载荷方面以及有效空间方面，水下气液两相冲压发动机在水下航行体上占用的比例相对会较小些。

水下气液两相冲压发动机相比于其他发动机尤其是喷水发动机，有一个极为突出的优势，那就是在水下复杂工况工作时，不会存在水中的杂物堵住进水口的问题，从而使发动机不能进行正常工作。由于水下气液两相冲压发动机内流场的前后两处是相通的，即使在吸入比较小尺寸的东西之后，也可顺着气流从尾部喷管处被喷出，发动机依然照旧运行。因此在很是复杂的工况之下，该类发动机的适应能力也是非常强的。根据调查研究表明，即使在极限条件下，也就是用较大尺寸的物体将水下气液两相冲压发动机进水口的地方完全堵起来，此时发动机的推力即便下降50%，却还是有推力的存在。

如今对水下气液两相冲压发动机主要的研究还是停留在理论和试验的研究阶段。当今计算机技术飞速发展，在理论方面研究也逐渐趋向于成熟，利用CFD数值模拟来研究水下气液两相冲压发动机所涉及到的问题就显得极为重要。

高压的气体是水下气液两相冲压发动机的动力来源，其工作介质则是气体和液体混合后形成的混合物。工作原理如下：液体在水下气液两相冲压发动机的入口流进后，经过进水道受到冲压后，使其速度降低，压力增大；从喷嘴处所喷出的高压气体和流经进水道经过冲压之后的液体在混合室中进行混合，最终形成气液两相混合物，导致在混合室中的混合物压力增加；在流过发动机喷管之后，气液两相混合物的压力便会降低，同时速度会提高，此时气液两相混合物从喷管出口被喷出之后，在发动机出口的地方要比在发动机入口的地方速度高出一些，推力便由此产生出来。图1。1为工作原理简图。

(a)气体喷嘴面积较小(b)气体喷嘴面积较大

图1。1水下气液两相冲压发动机结构示意图

1。2水下气液两相发动机的研究状况

1。2。1水下气液两相发动机实验研究进展

1。2。2水下气液两相发动机理论研究进展

1。3 主要研究内容

本文的主要背景是要发展一种发动机技术来适用高性能水下高速航行体。研究水下气液两相冲压发动机的工作原理，就要将重点放在分析发动机内流场当中气液两相混合后流体的动力学特性以及发动机的性能参数等方面，所研究内容概括如下：文献综述

在均质平衡流理论的基础之上，将气液两相之间速度的差值考虑在内，应用纳维-斯托克斯方程(以下简称N-S方程)，结合合适的湍流模型对典型的水下气液两相冲压发动机的气液两相混合的流动过程进行模拟，其模型为二维轴对称。并对该类发动机的内流场进行了数值模拟，其中对内流场之间气液两相混合物的流动形式、内流场的参数、通气参数以及流场参数之间的关系进行了重点的分析；并且单独分析了在发动机进口处产生的自然空化现象以及消除空化的解决措施。